20t自调式焊接滚轮架设计【说明书+CAD】
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of 3 (1997) 881of of a xian Xiof of of a is in at on of of on an of It is of of in of a of of is of of is by n of as a a so a n a to of s be It is to to of in of of of to of to of in 2. A is of by a I), is n a is S is L is of , is to a a in a of in a a as s s P s A on s n on (in s B P. A B. a s B. s P, B is ers s n m . a s m p B n m , a m A. 3 is = - 3, 2 3 1) 4 s s a c, ( 2). a P a is s j 1. 2, 3, 4, (2) a is f Nj a 3 e e= (3) a is . by is I 2.3 of on a j 1= 2= 3= 4= (I) s c * (2) of a an nd a of of on s n j i s (c *j) to a a j s s (I) of s is as of be of s 2) of of an a s t as ,1 (j). 1234 a N(j). jn j n a a s a (I). be in 1-(3+0 of a (4). = ) be : F(l) + F(2) + F(3) J - F(4) 0 a a a a F(1) + F(2) = F(3) + F(4) f of is a a a0 a Van a=+Van a0+Van to or is a s 3. of is 5. s 5, is an s 5s. (t be a so is a a 3.2 of (I) 6 5m/h L=422 =60” to is (16c ). 3. 06 mm/s, 4, 6C i. e . 4, ( 4) 4 a 4 Va K K=s in 4 V a; 2) to s v 7. i e s of s . of 4 a +2” 8 4=+2 is . e . 毕业设计（论文）任务书 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机械 052 姓名 沈玉强 下发日期 2009目 20t 自调式焊接滚轮架设计 专题 20t 自调式焊接滚轮架设计 主 要 内 容 及 要 求 主要内容： 完成 20t 自调式焊接滚轮架设计。编写设计说明书，绘制装配图及部分零件图。 要求： 必须以负责的态度对待自己所做的技术决定、数据和计算结果。 在教师指导下，独立完成设计任务， 培养较强的创新意识和学习能力，获得机械工程师的基本训练。整个设计在技术上是先进的，在经济上是合理的，在生产上是可行的。计算步骤清晰，计算结果正确；图面整洁，视图齐全，布局合理，线条、文字及尺寸标注符合国家标准；使用计算机设计、计算和绘图； 设计 说明书要求内容完整，文字通顺，语言简练，图示清晰，重要计算公式和数据应注明出处。 设计 说明书不少于 2 万字，查阅文献 15 篇以上，翻译与课题有关的英文资料，译文字数不少于 5 千汉字， 绘制图纸折合总量不少于 5 张 主要技术参数 载重量 20 103 件直径 900 4000 轮圆周速度 20 60 m/h，滚轮直径 450轮宽度 2 120 度 及 完 成 日 期 3 月 23 日 4 月 12 日 （ 3 周）： 课题调研，理解熟悉设计任务，借阅资料，翻译英文文献，制订设计计划。 4 月 13 日 4 月 26 日 （ 2 周）： 方案设计，选择确定机器总体方案及部件方案。 4 月 27 日 5 月 31 日 （ 5 周）： 技术 设计，在草图的基础上完成装配图和零件图的绘制。 6 月 1 日 6 月 14 日 （ 2 周）：技术文件编制， 编写完成毕业设计说明书，打印图纸，上交说明书和图纸。 6 月 15 日 6 月 21 日 （ 1 周）：教师 审阅毕业设计，学生准备答辩。 教学院长签字 日 期 教研 室 主任签字 日 期 指导 教师 签字 日 期 指 导 教 师 评 语 指导教师 : 年 月 日 指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人 : 年 月 日 答 辩 委 员 会 评 语 评 定 成 绩 指导教师给定 成绩 (30%) 评阅人 给定 成绩 (30%) 答辩成绩 （ 40%） 总 评 答辩委员会主席 签字 青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 1 摘 要 焊接装备就是在焊接生产中与焊接工序相配合，有利于实现焊接生产机械化，自动化，有利于提高装配焊接质量，促使焊接生产过程加速进行的各种辅助装置和设备 。 焊接滚轮架是借助主动滚轮与焊件之间的摩接力带动焊接旋转的变位机械。焊接滚轮架主要用于筒形焊件的装配与焊接。焊接滚轮架按结构形式分为两类：第一类是长轴式滚轮架。第二类是组合式滚轮架。本文主要对自调式式20T 焊接滚轮架进行设计，并对轴、键等主要构件进行了校核。结果表明各主要部件符合要求。该滚轮架结构简单， 使用方便灵活，对焊件的适应性很强。 设计中充分的考虑了滚轮架的合理性和经济性等因素。 关键词：焊接；工装夹具；滚轮架；校核；合理性 青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 2 is a is in it is to to it to up of of is of of by is is is In of as as of to is of a is of it be 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 3 目 录 摘要 I 录 1 章绪论 1 第 2 章焊接机械概述 2 接的应用 2 接机械装备 2 2 3 接工装夹具 4 接工装夹具的分类 4 接工装夹具的特点 5 接工装夹具的设计要求 6 接工装夹具设计方案的确定 7 件在夹具中的定位 8 接变位机械 10 接变位机械的分类 10 11 类焊接机械设备的具体介绍 12 接变位机 12 接翻转机 13 接操作机 14 接滚轮架 14 于滚轮架轴向窜动的问题 16 第 3 章方案的选择与确定 17 调式滚轮架的特点 17 轮驱动方案 17 速装置的选择 17 轴器的选用 20 轮架滚轮的设计 21 的设计 22 承的选用 25 青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 4 的选用 25 第 4 章计算和校核 26 接滚轮架的设计计算 26 动圆周力与摩擦阻力的计算 26 轮支反力的计算 28 动圆周力与支反力及中心角的确定 29 的校核 31 轮 处键的校核 35 承寿命计算 36 第 5 章 结论 38 参考文献 39 致谢 41 青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 5 第 1 章 绪论 本次设计是在我们学完了大学的全部基础课，技术基础课以及专业课之后进行的。这是我们对所学的各课程的一次深入的综合性的总复 习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。 因此，它在我们 的 大学生活中占有重要的地位。 另外在做完这次毕业设计之后，我得到一次在毕业工作前的综合性训练，我在想我能在下面几方面得到锻炼： （ 1）运用机械设计课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，根据此装置的作用，通过现实中的要求完成此装置的设置，使其达到设计的要求。 （ 2）提高结构设计能力。通过设计焊接滚轮架的训练，获得设计某一装置的设计理念，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的装置的能力。 （ 3）学会使用手 册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。 就我个人而言，我希望通过这次 毕业设计 对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己 发现问题、 分析问题 和解决问题 的能力 。 青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 6 第 2 章 焊接机械概述 接的应用 焊接是一种制造技术，它是适应工业发展的需要，以现代工业为基础发展起来的，并且直接服务于机械制造工业。焊接技术的发展与制造工业的需要紧密相关，一般工业先进国家，钢产量的 50左右需采用焊接工艺才能形成产品；在石油化工、矿山冶金、 金属结构、起重运输、水陆交通、航天航空、桥梁建筑、电力能源等机械设备制造部门，焊接都有着重要而广泛的应用。许多设备中的大型结构，几乎都是焊接结构。现在，随着科学技术的进步，生产规模的日益扩大，焊接结构正朝着超大型、高容量、高参数、耐磨、耐蚀、耐低温、耐动载的方向发展，这就不仅需要为焊接生产提供质量更高、性能更好的各种焊机、焊接材料和焊接工艺，而且要求提供各种性能优异的焊接工装设备，使焊接生产实现机械化和自动化，减少人为因素干扰，达到保证和稳定焊接质量、改善焊工劳动条件、提高生产率、促进文明生产的目的。但是， 焊接生产是综合性生产，在焊件制造过程中，除了焊接工序本身外，前后还有许多工序的配合，如备料、输送、装配、检验、矫正等工序。因此，焊接生产的机械化、自动化不仅仅局限于焊接工序本身，而且包括与焊接工序衔接的上下各工序的机械化、自动化，只有各个工序机械化、自动化了，才能实现焊接生产的综合机械化和自动化。 接机械装备 接机械装备的分类 焊接机械装备就是在焊接生产中与焊接工序相配合有利于实现焊接生产机械化、自动化，有利于提高装配一焊接质量，促使焊接生产过程加速进行的各种辅助机械装置和设备。这里 称之为辅助机械装置和设备，是为了和焊机相区别。焊机是焊接生产过程中的核心设备，它包括焊接电源、焊接控制箱、焊接机头等，有自己的独立系统，不属于焊接机械装备的范畴。而焊接机械装备相对于焊机是处于辅助地位的，是配合焊机进行焊接生产的机械装置和设备。它包括的范围较广，按用途分，主要有焊接工装夹具、焊接变位机械、焊件输送机械三个方面，其次还有导电装置、焊剂输送与回收装置、坡口准备及焊缝清理与桔整装置等。青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 7 它们又是焊接机械装备的从属装置。 焊接机械装备分为 (1)焊接工装夹具（按动力源分类）：手动夹具，气动夹具，液压夹具 ，磁力夹具，电动夹具，真空夹具，混合式夹具（ 2）焊接变位机械：焊工变位机械（焊工升降台），焊机变位机械（焊接操作机，电焊渣立架），焊件变位机械（焊接变位机，焊接回转台，焊接翻滚机，焊接滚轮架），（ 3）焊接输送机械：上料装置，配料装置，卸料装置，传送装置，各种专用吊具（ 4）其他从属装置：导电装置，焊剂输送与回收装置，焊丝清理及盘丝装置，埋弧焊焊剂垫，坡口准备及焊缝清理与精整装置，吸尘及通风装置。 从使用范围来分，焊接机械装备又分为通用和专用两大类。 通用焊接机械装备通用性强、适应性广，整台机械能适应产品结构的 变化重复使用。它们可以组合在一起使用，也可以组装在焊接生产线上，成为焊接生产线的一个组成部分。由于这种装备通用性强，所以机械化、自动化水平不是很高，主要满足多品种、小批量焊接生产的需要。 专用焊接机械装备是为了适应单品种、大批量焊接生产的需要专门设计制造的。这种装备专业性强、生产宰高、控制系统先进，能很好地满足产品结构、装焊工艺、生产批量的要求。例如：专用焊接工装夹具、专用焊接机床就用于这类装备 接机械设备在焊接生产中的作用 焊接机械装备对焊接生产的有利作用有如下几个方面： 1)采用焊接工装央 具，零件由定位器定位，不用划线，不用测量就能得到准确的装配位置从而保证了装配精度，加快了装配作业的进程。此外，在焊接工装夹具上大都采用磁力、液压、气动夹具，即使采用手动夹具，也都有扩力机构，因此可减轻工人的体力劳动，提高装配效率。 2)由于焊件在央具中可强行夹固或预先给予反变形，所以能控制或消除焊接变形。 3)采用焊接工装夹具后，由于保证了装配精度，控制了焊接变形，所以可提高焊件的互换性能；焊件上的配合孔、配合槽等机械加工要素可由原来的先焊接后加工改为先加工后焊接，从而避免了大型焊件烬后加工所带 来的困难，有利于缩短焊件的生产周期。 青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 8 4)采用焊接变位机械，可缩短装配和施焊过程中焊件翻转变位的时间，减少了辅助工时，提高了焊机利用率和焊接生产率。 5)采用焊接变位机械可使焊件处于员有利的施焊位置 有利于操作，有利于保证焊接质量，而且可加大焊接工艺规范，充分发挥焊接方法的效能。 6)采用焊接变位机械可扩大焊机的焊接范围。例如，埋弧焊机配合相应的焊接装备后，可完成内外环缝、空间曲线焊经的焊接和空间曲面的堆焊。 7)采用焊接机械装备后，可使手工操作变为机械操作，人仅处于控制 机械的地位，减少了人为因素对焊接质量的影响，也可降低对焊工操作技术水平的要求。 8)采用焊接机械装备后、可便装配和焊接集中在一个工位上完成，可减少工序数量节约车间使用面积。 9)只有与焊接机械装备相配合，才能在条件困难、环境危险、不宜由人工直接操作的场合实现焊接作业。例如在高温、深水、剧毒、有放射性的环境中进行焊接作业，都需要与相应的焊接机械装备相配合才能实现。 10)欲使焊接工序本身实现机械化和自动化，或者使焊接生产过程实现综合机械化、自动化，都需要焊接机械装备舶配合才能实现。 总之焊接机械装备对焊 接生产的有利作用是多方面的。总括而言，就是保证焊接质量，提高焊接生产串，改善工人的作业条件，实现机械化、自动化焊接生产过程四个方面。因此，无论在焊接车间或是在施工现场，焊接机械装备已成为焊接生产中不可缺少的装备之一，从面获得了广泛的应用。 接工装夹具 接工装夹具的分类 焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧，用于装配和焊接的工艺装备。 在焊接结构生产中，装配和焊接是两道重要的生产工序，根据工艺通常以两种方式完成这两道工序，一种是先装配后焊接；一种是边装配边焊接。我们把用来装配以进行定位焊的夹 具称做装配夹具；专门用来焊接焊件的夹具称做焊接夹具；把既用来装配又用来焊接的夹具称做装焊夹具。它们统称为焊接工装夹具。 焊接工装夹具按动力源分为七类：手动夹具，气动夹具，液压夹具，磁力夹具，真空夹具，电动夹具，混合式夹具。 青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 9 一个完整的夹具，是由定位器、夹紧机构、夹具体三部分组成的。在装焊作业中，多使用在夹具体上装有多个不同夹紧机构和定位器的复杂夹具 (又称为胎具或专用夹具 )。其中，除夹具体是根据焊件结构形式进行专门设计外，夹紧机构和定位器多是通用的结构形式。 定位器大多数是固定式的，也有一些为了便于焊件装卸， 做成伸缩式或转动式的，并采用手动、气动、液压等驱动方式。夹紧机构是夹具的主要组成部分，其结构形式很多，且相对复杂，驱动方式也多种多样。在一些大型复杂的夹具上，夹紧机构的结构形式有多种，而且还使用多种动力源，有手动加气动的、气动加电磁的等等。这种多动力源夹具称做混合式夹具。在先进工业国家里，对广泛采用的一些夹紧机构已经标准化、系列化在工艺设计时进行选用即可。我国焊接工作者，正进行着这方面的研究开发工作，相信不久也会有我们自己的系列化、标准化的夹紧机构出现。 接工装夹具的特点 焊接工装夹具的特 点，是由装配焊接工艺和焊接结构的形式决定的，与机床夹具比较有如下特点； 1)由于焊件一般由多个简单零件组焊而成，而这些零件的装配和定位焊，在焊接工装夹具上是按顺序进行的，因此，它们的定位和夹紧是一个个单独进行的。而机床夹具是对一个待机械加工的整体毛坯进行一次定位和夹紧。 2)在焊接过程中，零件会因焊接加热而伸长或因冷却而缩短，为了减少或消除焊接变形，要求工装夹具能对某些零件给予反变形或者作刚性的夹固；为了减少焊接应力，又要允许某些零件在某一方向可以自由伸缩。因此，焊接工装夹具不是对所有的零件都作刚性的夹固。 机床夹具则不然，除少数加工细长件的夹具，如加工光杠、丝杠用的顶尖，要考虑工件机械加工时的热变形对其作游动夹固外，其他夹具均对工件作刚性夹固。 3)对机床夹具而言，加工后的工件，尺寸减小，重量减少更便于从夹具上取下。对焊接工装夹具而言，装焊完的结构，尺寸增大，重量增加，形状变得复杂，增加了从工装夹具上卸下的难度。 4)对用于熔焊的夹具，工作时主要承受焊件的重力、焊接应力和夹紧力，有青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 10 的还要承受装配时的锤击力；用于压焊的夹具还要承受顶锻力。面机床夹具主要承受工件的部分重力和切削力，且此切削力远远小于焊接工装夹 具所承受的各种力。 5)与机床夹具不同，焊接工装夹具往往是焊接电源二次回路的一个组成部分，因此绝缘和导电是设计中必须注意的一个问题。例如，在设计电阻焊用的夹具时，如果绝缘处理不当，将引起分流，使接头强度降低。但对机床夹具而言，除电加工所用夹具外，不存在导电和绝缘的问题。 6)焊接工装夹具一般比机床夹具大。装配夹具和装焊夹具上的夹紧点、定位点比机床夹具上的多达几倍甚至十几倍，因此，设计难度较大，特别是定位点、夹紧点的数量、选位和两者的对应关系，都会影响夹具的功能和质量。 7)焊接工装夹具主要用来保证焊接结构各 连接件的相对位置精度和整体结构的形状精度，而机床夹具主要用来保证零件的加工精度。 8)除精密焊件所用的夹具外，一般焊接工装夹具本身的制造精度，以及对焊件的定位精度均低于机床夹具的相应指标。 以上八点是焊接工装夹具与机床夹具的主要不同之处，设计焊接工装夹具时，要充分考虑这些区别，使设计出来的夹具，能满足使用要求。 接工装夹具的设计要求 1)焊接工装夹具应动作迅速、操作方便，操作位置应处在工人容易接近、最宜操作的部位。特别是手动夹具，其操作力不能过大，操作频率不能过高，操作高度应设在工人最易用力的部 位，当夹具处于夹紧状态时，应能自锁。 2)焊接工装夹具应有足够的装配、焊接空间，不能影响焊接操作和焊工观察，不妨碍焊件的装卸。所有的定位元件和夹紧机构应与焊道保持适当的距离，或者布置在焊件的下方或侧面。夹紧机构的执行元件应能够伸缩或转位。 3)夹紧可靠，刚性适当。夹紧时不破坏焊件的定位位置和几何形状，夹紧后既不使焊件松动滑移，又不使焊件的拘束度过大而产生较大的应力。 4)为了保证使用安全，应设置必要的安全连锁保护装置。 5)夹紧时不应损坏焊件的表面质量，夹紧薄件和软质材料的焊件时，应限制夹紧力，或者采取压 头行程限位、加大压头接触面积、加添铜、铝村垫等措施。 6)接近焊接部位的夹具应考虑操作手把的隔热和防止焊接飞溅物对夹紧机青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 11 构和定位器表面的损伤。 7)夹具的施力点应位于焊件的支承处或者布置在靠近支承的地方，要防止支承反力与夹紧力、支承反力与重力形成力偶。 8)注意各种焊接方法在导热、导电、隔磁、绝缘等方面对夹县提出的特殊要求。例如，凸焊和闪光焊时，夹具兼作导电体；钎焊时夹具兼作散热体，因此要求夹具本身具有良好的导电、导热性能。再如，真空电于束焊所使用的夹具，为了不影响电子束聚焦，在枪头附近的夹具零件， 不能用磁性材料制作，夹具也不能带有剩磁。 9)用于大型板焊结构的夹具，要有足够的强度和刚度，特别是夹具体的刚度，对结构的形状精度、尺寸精度影响较大，设计时要留有较大的裕度。 10)在同一个夹具上，定位器和夹紧机构的结构形式不宜过多，并且尽量只选用一种动力源。 11)工装夹具本身应具有较好的制造工艺性和较高的机械效率。 12)尽量选用已通用化、标准他的夹紧机构以及标准的零部件来制作焊接工装夹具。 接工装夹具设计方案的确定 确定工装夹具方案时，夹具的合理性和经济性是主要考虑的因素。当焊件的焊 接方法及工艺确定后，所选夹具结构，首先要能保证焊接工艺的实施。同时，焊件结构尺寸以及组成焊件坯料的制作工艺和制造精度，则是确定夹具定位方法、定位基准和夹紧机构方案的重要依据。除此之外还应考虑经济上的因素，使夹具的制造、使用费用最低而取得的经济效益最大。由于上述各因素都不是孤立存在的它们之间往往有联系又有制约，所以在确定夹具方案时要对上述各因 素进行综合分析，只有全盘考虑，才能制定出最佳的设计方案。具体确定设计方案时，应联系以下几个方面进行考虑： 1)焊件的整体尺寸和制造精度以及组成焊件的各个坯件的形状 、尺寸和精度。其中，形状和尺寸是确定夹具设计方案、夹紧机构类型和结构形式的主要依据，并且直接影响其几何尺寸的大小；制造精度是选择定位器结构形式和定位器配置方案以及确定定位器本身制造精度和安装精度的主要依据。 2)装焊工艺对夹具的要求。例如与装配工艺有关的定位基面、装配次序、青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 12 夹紧方向对夹具结构提出的要求。再如，不同的焊接方法对夹具提出的要求，像埋弧焊，可能要求在夹具上设置焊剂垫；电渣焊要求夹具保证能在垂直位置上施焊；电阻焊要求夹具本身就是电极之一等。 3)装、焊作业可否在同一夹具上完成，或是需要单独设 计装配夹具和焊接夹具。这往往与下述因素有关： （ 1）在装焊夹具上，焊件的所有焊缝能否在最有利的施焊位置上焊完。 （ 2）从装配夹具上取下由装配点定好位的部件时，是否会破坏各零件的相互位置。若部件刚性不好，则会发生整体变形，甚至定位焊点发生开裂，使已装配好的零件发生位置变化。 （ 3）装配时不需要使焊件翻转变位，而在焊接时，则需要使焊件翻转变位，这样，若采用装焊夹具方案，是否会使夹具结构复杂化。 （ 4）装配夹具，其定位器和夹紧机构较多，若用于焊接，是否影响焊接机头的焊接可达性；焊接夹具，为了防止焊件变形，虽具有较 大的刚度和强度，但用于装配时，能否承受装配时的锤击力。 （ 5）装、焊作业若在同一夹具上完成，能否合理地组织装配工人、焊接工人相互协调作业。 （ 6）车间的作业面积和起重运输设备的负荷能力是否允许装配和焊 接作业分别在各自的夹具上进行。 4)焊件酌产量。例如，在大批量生产中，应选用专用、高效、省力的夹具结构，像各种有动力源的夹具和联动夹具就属此类。在中小批量生产中，夹具主要以保证装焊质量为主，效率的高低是较为次要的问题，因此应选用结构简单、适应性广的通用夹具，使夹具的结构方案与焊件的产量相匹配。 件在夹具中的定位 (一 )物体定位原则 在进行装焊作业时，首先应使焊件在夹具中得到确定的位置，并在装配、焊接过程中一直将其保持在原来的位置上。我们把焊件按图样要求得到确定位置的过程称为定位；把焊件在装好作业中一直保持在确定位置上的过程称为夹紧。 为了使焊件在夹具中得到要求的确定位置，应先研究一下物体在空间的位置 青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 13 图 2体的定位 是怎样被确定下来的。一个物体 A 如果在空间不与任何其他物体发生联系，那么相对于空间互相垂直的三个坐标轴就有六种活动的可能性，见图 1中三种是分 别沿 x、 y、 z 轴的移动，另三种是分别统 x、 y、 z 轴的转动。物体的这种活动可能性叫做自由度。因此一个物体有六个自由度，这六个自由度被消除了，则物体在空间的位置就完全被确定了，所以自由度也是决定物体空间位置的独立参数。 如图 2示，如果我们在 上放一块平板 B 来支承物体 A，这时物体 A 在这个平面上只能沿 和 移动和绕 旋转，而不能沿 移动和绕 和 旋转，否队物体 A 将脱离平板 B。这说明文承扳 B 消除了物体 A 的三个自由度。如果我们再在物体 A 的 面上放置两块挡铁 1 和 2(图2物体 A 也就不能沿 移动和绕 旋转了，从而又消除了两个自由度。最后，只要在物体 A 的 面上再设置一块挡铁 3，消除物体沿 移青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 14 动的自由度，则物体 A 的空间位置就被完全确定下来 (图 2从几何学中知道，三点可以决定一平而，我们可以用三个定位支承点 4、 5、 6(图 2替图 2，同时也把挡铁 1、 2、 3 当做定位支承点，从而一个定位支承点平均消除了一个自由度。因此，确定物体的空间位置，就需要按图 2置的六个支承点消除物体活动的六个自由度，这就是物体定位的“六点定则”。 由图 2知，三个文承点在 面上二个支承点在 面上一个支承点在 面上。我们把有三个支承点的平面称做安装基面。在这个面上，三个支承点不能在一条直线上，被支承工件的重心必须落在这三个支承点作为顶点所构成的三角形内。这三个定位支承点之间的距离越远，则安装基面越大，焊件的安装稳定性和相关位置精度就越高，因此，应选择焊件轮廓尺寸最大的表 面与安装基面接触。有两个定位支承点的平面称做导向基面。这两个支承点的连线应平行于安装基面，而且两点间的距离越远越有利于提高安装精度，因此应选焊件尺寸最长的 表面与导向基面接触。有一个定位支承点的平面称做定程基面。显然，安装一个定位支承点就不需要很大的面积与长度，因此，通常是选择焊件较小的表面与定程基面接触。 接变位机械 接变位机械的分类 焊接变位机械是改变焊件、焊机或焊工空间位置来完成机械化、自动化焊接的各种机械设备。使用焊接变位机械可缩短焊接辅助时间提高劳动生产率，减轻工人劳动强度，保证和改善焊接质量，并可充分发挥各种焊接方法的 效能。 焊接变位机械的分类及各类所属设备如下： 青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 15 图 2接变位机械的分类 各种焊接 变位机械都可单独使用，但在多数场合是相互配合使用的，它们不仅用于焊接作业，也可用于装配、切割、检验、打磨、喷漆等作业。 接变位机械应具备的性能。 一般，通用的焊接变位机械应具备的性能是： 1)焊件变位机械和焊机变位机械要有较宽的调速范围焊接运行速度，以及良好的结构刚度。 2)对尺寸和形状各异的焊件，要有一定的适用性。 3)在传动链中，应具有一级反行程自锁传动，以免动力源突然切断时，焊件因重力作用而发生事故。 4)与焊接机器人和精密焊接作业配合使用的焊件变位机械，视焊件大小和工艺方法的不同，其到位 精度 (点位控制 )和运行轨迹精度 (轮廓控制 )间，最高精度应可达 5)回程速度要快，但应避免产生冲击和振动。 6)有良好的接电、接水、接气设施，以及导热和通风性能。 7)整个结构要有良好的密闭性以免焊接飞溅物的损伤，对散落在其上的焊渣、药皮等脏物应易被清除。 8)焊接变位机械要有联动控制接口和相应的自保护功能集中控制和相互协调动作。 9)工作台面上应刻有安装基线，井设有安装槽孔，能方便的安装各种定位器件和夹紧机构。 青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 16 10)兼作装配用的焊件变位机械，其工作台面要有较高的强 度和抗冲击性能。 11)用于电子束焊、等离子弧焊、激光焊和钎焊的焊件变位机械，应满足导电、隔磁、绝缘等方面的特殊要求。 类焊接机械设备的具体介绍 焊件变位机械是在烬接过程中改变焊件空间位置，使其有利于焊接作业的各种机械设备。焊件变位机械按功能不同，分为焊接变位祝、焊接滚轮架、焊接 回转台和焊接翻转机四类。在手工焊作业中，经常使用各种焊件变位机械，但在多数场合，焊件变位机械是与焊机变位机械相互配合使用的，用来完成纵缝、横 续、环缝、空间曲线焊缝的焊接以及堆焊作业。焊件变位机械也是机械化、 自动化装焊生产线上的重要组成部分在以弧焊机器人为中心的柔性加工单元 (加工系统 (，焊件变位机械也是组成设备之一。在复杂焊件焊接和要求施焊位置精度较高的焊接作业中，例如窄间隙焊接、空间曲面的带极堆焊等，都需要焊件变位机械的配合，才能完成其作业。 接变位机 焊接变位机是在焊接作业中将焊件回转并倾斜，使焊件上的焊缝置于有利施焊位置的焊件变位机械。 焊接变位机主要用于机架、机座、机壳、法兰、封头等非长形焊件的翻转变位。 焊接变位机按结构形式可分为三种： （ 1）伸臂式焊接变位机 其回转工 作台绕回转轴旋转并安装在伸臂的一端，伸臂一般相对于某一转轴成角度回转，而此转轴的位置多是固定的，但有的也可在小于 0100 的范围内上下倾斜。这两种运动都改变了工作台而回转轴的位置，从而使该机变位范围大，作业适应性好，但这种形式的变位机，整体稳定性较差。该机多为电动机驱动，承载能力在 下，适用于小型焊件的翻转变位。也有液压驱动的，承载能力多在 10t 左右，适用于结构尺寸不大，但自重较大的焊件。伸臂式的焊接变位机在手工焊中应用较多。 （ 2）座式焊接变位机其工作台 连同回转机构通过倾斜轴 支承在机座上，工作 台以焊速回转，倾斜轴通过扇形齿轮或液压缸，多在 00110 140 的围内恒速或变速倾斜。该机稳定性好，一般不用固定在地基上，搬移方便，适用于 0t 焊件的青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 17 翻转变位。是目前产量最大、规格最全、应用员广的结构形式。常与伸缩营式焊接操作机或弧焊机器人配合使用。 （ 3）双座式焊接变位机 工作台安装在机座上，以所需的焊接速度回转；形架座在两例的机座上，多以桓速或所需的焊接速度绕水平轴线转动。该机不 仅稳定性好，而且如果设计得当，可使焊件安放在工作台上后，随形架倾斜的综合重心位于或接近倾斜机构的轴线，从而使倾斜驱动力短大大减小。因此重型焊接变位机多采用这种结构。 焊接变位机的基本结构形式虽只有上述三种，但其派生形式很多，有些变位机的工作台还具有升降功能。 接翻转机 焊接翻转机是将焊件绕水平轴转动或倾斜，使之处于有利装焊位置的焊件变位机械。焊接翻转机的种类较多，常见的有框架式、头层架式、链式、环式和推举式等翻转机。头尾架式翻转机，其头架可单独使用，在头部装上工作台及相应夹具后，可用于短小焊件 的翻转变位。有的翻转机尾架做成移动式的以适应不同长度焊件的翻转变位，其中对应用在大型构件上的翻转机，工作台做成升降式的。 目前，我国还未对各种形式的焊接翻转机制定出系列标准但已有厂家生产头尾架式的焊接翻转机，并已成系列。 配合机器人使用的框架式、头尾架式翻转机，国内外均有生产，它们都是点位控制的，控制点数以使用要求而定，但多为 2 点 (每隔 0180 )、 4 点 (每隔 090 )、8 点 (每隔 045 )控制。翻转速度以恒速为多。翻转机与机器人联机，按程序动作，载重量多在 203000间。 我国汽车、摩托车制造行业使用的弧焊机器人加工中心，已成功地使用了国产头尾架式和框架式焊接翻转机。由于是恒速翻转，点位控制，并辅以电磁制动和气缸锥销强制定位，所以多采用交流电动机驱动和普通齿轮副减速，其机械传动系统的制造精度比轨迹控制的低 1，使产品造价大大降低。 接操作机 焊机变位机械是改变焊接机头空间位置进行焊接作业的机械设备。它主要包括焊接操作机和电渣焊 立架。焊接操作机的结构形式很多，使用范围很广，常与焊件变位机械相配合，完成各种焊接作业。若更换作业机头，还能进行其他的相青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 18 应作业。电渣焊立架的结构形式和功能相对单一，主要用于厚壁焊件立缝的焊接。 焊接操作机是能将焊接机头 (焊枪 )准确送到待焊位置，并保持在该位置或以选定焊速沿设定轨迹移动的焊接机头的变位机械。 接滚轮架 焊接滚轮架是借助主动滚轮和工件之间的摩擦力带动筒形工件旋转的焊接变位机械。 焊接滚轮架主要用于筒形焊件的转配与焊接。若对主、从动滚轮的高度作适当的调整，也可以进行锥体、分段不等径回转 体的装配于焊接。对于一些非圆长焊件，若将其装卡在特制的环形卡箍内，也可以在焊接滚轮架上进行装焊作业。 焊接滚轮架按结构形式分为两类： 第一类是长轴式滚轮架。滚轮沿两平行轴排列，与驱动装置相连的一排为主动滚轮，另一排为从动滚轮架，也有两排均为主动滚轮的，主要用于细长薄形焊件的组队与焊接。有的长轴式滚轮架其滚轮为一长形滚柱，直径 度 1 5m。筒体置于其上不易轴向变形，适用于薄壁、小直径、多筒 节焊件的组对喝环缝的焊接。 长轴式滚轮架多是用户根据焊件特点自行设计制造的，市场上可供选用的定型产品很少。 第二类是组合式滚轮架，它的主动滚轮架从动滚轮架 (图混合式滚轮架 (即在一个支架上有一个主动滚轮座和一个从动滚轮座 )都是独立的，使用时可根据焊件的重量和长度进行任意组合，其组合比例也不仅是 1 与 1 的组合。因此，使用方便灵活，对焊件的适应性很强，是目前应用员广泛的结构形式。国内外有关生产厂家均有各自的系列产品供应市场。 为了焊接不同直径的焊件，焊接滚轮架的滚轮间距应能调节。调节方式有两种：一种是自调式 ；一种是非自调式的。自调式可根据焊件的直径自动调整滚轮间距；非自调式的是靠移动支架上的滚轮座来调节滚轮的间距的，但调节范围有限。 对重型滚轮架，多采用车间起重设备挪动滚轮座进行分段调节。对轻滚轮架型，多采用手动或电动丝杆 为了便于调节滚轮架之间的距离，以适应不同长度焊件的装焊需要，有的滚青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 19 轮架上还安有机动或非机动的行走机构，沿轨道移行，以调节相互之间的距离。焊接滚轮架多采用直流电电动机驱动，降压调速。但用于装配作业的滚轮架则采用交流电动机驱动，恒速运行。近年来，随着晶体闸 流管变频性能的完善以及价格的下降，采用交流电动机驱动。变频调速的焊接滚轮架也日趋增多。 焊接滚轮架的滚轮结构主要有四种类型，其特点和适用范围见表 1 表 2轮架的结构特点和适用范围 类型 特点 适用范围 钢轮 承载能力强，制造简单 一般用于重型焊件和需要预热处理的焊件以及额定载荷大于 60t 的滚轮架 胶轮 钢轮外包橡胶、摩擦力大、传动平稳但橡胶易压坏 一般多用于 10t 以下的焊件和有色金属容器 组合轮 钢轮和橡胶轮相组合，承载能力比橡胶轮高，传动平稳。 一般多用于 10焊件 腹带 轮 大面积履带和焊件接触，有利于防止薄壁工件的变形，传动平稳但结构较复杂 用于轻型、薄壁大直径的焊件及有色金属容器 金属滚轮多用铸钢和合金球墨铸铁制作，其表面热处理硬度约为 50轮直径多在 200 700间。国外焊接滚轮架的品种很多，系列较全，承载量 1 1500t、适用焊件直径 1 8m 的标准组合式滚轮架（即两个主动轮座与两个从动轮座的组合 ）均为系列供应。其滚轮速度多在 6 90m/h 之间无级可调，有的还有防止焊件轴向攒动功能。我国已有不少厂家生产焊接滚轮架，最大承载量已达 400t、适用焊件直径可达 6m，滚轮线速度多在 6 40m/h 之间无级调速。防轴向窜动的焊接滚轮架已有生产，但性能尚待提高。 于滚轮架轴向窜动的问题 (1)问题的提出 焊接滚轮架驱动焊件绕其自身轴线旋转时，往往伴有轴向的窜动，从而影响焊接质量和焊接过程 的正常进行，严重时会导致焊接过程的中断，甚至发生焊件青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 20 倾覆等设备人身事故。因此，国内一些工厂常采用在焊件端头硬顶的办法，强行制止焊件的窜动。这种办法，对稳定性要求很高的带极堆焊和窄间隙焊等作业时采用硬性阻挡的办法往往效果不佳。因为焊件重量大，旋转时轴向窜动力也大，强行阻挡，则势必使焊件旋转阻力增大，引起转速不稳定，产生焊接缺陷，并可能使焊件端部已加工好的坡口因挤压而破坏，有时甚至还会发生电动机过载烧坏事故。在此背景下，国外开发了防铀向窜动技术，并于 20 世纪 80 年代中期推出了防止焊件轴向窜动的焊接滚轮架，将焊件 的窜动量控制在 2以内，满足了各种焊接方法对施焊位置精度的要求。 我国自 20 世纪 80 年代末期起也开展了此项技术的研究，并研制出了样机。20 世纪 90 年代初期，国内个别焊接辅机制造厂已有产品上市，但未形成生产规模。在防窜精度 (行标规定 3 )和使用可靠性方面，比瑞典和意大利等国的产品尚存在差距。 （ 2）焊件发生轴向窜动的原因及影响因素 对焊接滚轮架而言，当滚轮和焊件都是理想的圆柱体且各滚轮尺寸一致，其转动轴线都在 同一水平面内并平行于焊件轴线时，则主动滚轮驱动焊件作用在焊件上的力，和从动滚轮作用到焊件上的反力，均为圆周力。此时，焊件绕自身轴线旋转，不会产生轴向窜动。但是，当这一条件受到破坏，例如滚轮架制造安装存在误差、焊件几何形状不规矩等，使前后排滚轮存在高差和滚轮轴线与焊件轴线不平行，从而导致焊件自重以及主动滚轮、从动滚轮与焊件接触处存在轴向分力时，便形成了焊件轴向窜动的必要条件。但是各轴向力的方向并不完全一致。 青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 21 第 3 章 方案的选择与确 定 调式滚轮架的特点 为了焊接不同直径的焊件，焊 接滚轮架的滚轮间距应能调节。调节方式有两种：一种是自调式的；一种是非自调式的。自调式的可根据焊件的直径自动调整滚轮的间距；非自调式的是靠移动支架上的滚轮座来调节滚轮的间距。 若装焊壁厚剧、而长度很长的筒形焊件时，宜用几台混合式滚轮架的组合。这样，沿简体长度方向均有主动滚轮驱动，使焊件不致打滑和扭曲。若装焊壁厚较大、刚性较好的简形焊件时，则常采用主动滚轮架和从动滚轮架的组合，这样即使是主动滚轮架在简体一端驱动焊件旋转，但因焊件刚性较好，仍能保持转速均匀，也不致发生扭曲变形。 轮驱动方案 为使焊接滚轮 架的滚轮间距调节更为方便，机动性更强，组合更加便利，采用单独驱动的焊接滚轮架日益增多。但是，每一主动滚轮均由一台电动机驱动时，应解决好各滚轮转速的同步问题。由于制造工艺、材料性能等因素的影响，同一型号规格的电动机，其额定转速实际上并不一致，因此要把实测数据最相近的一组电动机作为滚轮架的拖动电动机。 焊接自调式滚轮架的驱动运动，多采用三相异步电动机驱动。对于 20t 自调式焊接滚轮架设计，我们选用调速式三相异步电动机，型号 外，在驱动系统的控制回路中，应有行程保护、过载保护、断电保护及工作台倾斜角度指示等功能。 速装置的选择 由工作条件可知滚轮圆周速度是 2060m/h，滚轮的直径为 450步骤二可知 ,我们选择的电动机为换向器式调速异步电动机 速为4701410r/算如下 设滚轮每分钟旋转圈数为 n，20000450 60=60000450 60= 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 22 由以上可得，整个传动过程从 4701410r/速到 其中经过的路径为电动机 蜗杆 轮 1） （橡胶轮），由此求的传动比为 i= 1 4 1 0 4 7 0 19860 . 7 1 0 . 2 4. 之后对各级间的传动比进行假设，通过计算我们选择涡轮减速器的传动比为2140 ，蜗杆 z=1，涡轮 z=41(齿轮 1z=23)，齿轮 2 z=23,齿轮 3 z=30, 传动比为 i= 40 41 2923=2017 计算滚轮的圆周速度 m i n 4 7 0 6 0 4 5 02 0 1 7 1 0 0 0V =h m a x 1 4 1 0 6 0 4 5 02 0 1 7 1 0 0 0V =h 从计算可以得出，计算基本符合设计要求。 1 减速器的选择 涡轮减速器我们选用直廓环面蜗杆减速器，型号为 7936 直廓环面蜗杆减速器适用于冶金、矿山、起重、运输、石油、化工、建筑等行业机械设备的减速传动。其工作条件如下： 1） 两轴交错角为 90 度； 2） 螺杆转速不超过 1500r/ 3） 螺杆中间平面分度圆滑动速度不超过 6m/s； 4） 减速器的工作环境温度为 040 摄氏度，当环境温度低于 0 摄氏度和高于 40摄氏度时，润滑油要相应的加热和冷却； 5） 螺杆轴可正，反运转。 对减速器的选择进行校核。 （ 1） 按强度，公式如下 1 1 1c A P P1; 青 岛理工大学本科毕业设计（论文）说明书 23 表 1; 1 又P= 所以 1 1 11 . 2 3 3 . 6 6 . 1c A P P 所以符合要求 （ 2）按热功率校核，输入功率校核按工作制度来进行，由于滚轮架要经常启动和停止，不需要校核输入热功率。 2 涡轮蜗杆的选择 螺杆传动用于交错轴间传递运动及动力。通常交错角为 90 度。它的主要优点为： 涡轮齿数为传动比大，工作平稳
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